Логопериодическая антенна или антенна, часто называемая LPDA, представляет собой широкополосную направленную антенну, которая обеспечивает усиление и направленность в широком диапазоне частот.
Направленные антенны, такие как Yagi, обеспечивают усиление и направленность, но их полоса пропускания ограничена.
Одна форма антенны, которая способна обеспечить усиление и направленность наряду с широкой полосой пропускания, известна как логопериодическая антенна. Несмотря на то, что он больше, чем эквивалентный Yagi или другой директивный дизайн для эквивалентного уровня усиления, он обеспечивает возможность работы на многих различных частотах.
Логопериодическая антенна была первоначально разработана Дуайтом Э. Исбеллом и Раймондом Дюамелем, которые опубликовали статью в 1957 году, позже Пол Мэйс сделал дополнительные варианты. Концепция логопериодической антенны была запатентована Университетом штата Иллинойс в США.
Типы и варианты логопериодических антенн
Существует несколько форм логопериодических антенн. Точный тип, который наиболее применим для любого данного приложения, будет зависеть от требований.
К основным типам логопериодических антенн относятся:
- Логопериодическая дипольная решетка, LPDA
- Журнал слотов периодический
- Зигзагообразный логарифмический периодический массив
- Трапециевидный логопериодический
- V логопериодический
Наиболее широко используется логопериодическая дипольная решетка, LPDA, и она будет описана здесь.
Основы логопериодической дипольной решетки
Логопериодическая дипольная решетка состоит из ряда дипольных элементов. Они постепенно уменьшаются в размерах от задней части к передней — направление максимального излучения идет от меньшей передней части.
Каждый дипольный элемент LPDA питается, но фаза между соседними дипольными элементами меняется на противоположную — это обеспечивает правильную фазировку сигнала между различными элементами. Это также означает, что по длине антенны требуется фидер. Обычно это устроено так, что является частью механической структуры массива.
Не вся антенная решетка активна на любой заданной частоте. Активная область, т. е. участки антенны, которые вносят вклад в передачу или прием, изменяются в зависимости от частоты, и только около трех из них могут действительно вносить вклад в излучение на любой заданной частоте. Также имеет место плавный переход активной области ЛПДА по массиву при изменении частоты работы.
Элемент в задней части массива, где элементы самые большие, представляет собой половину длины волны на самой низкой рабочей частоте — самый длинный элемент действует как полуволновой диполь на самой низкой частоте. Расстояние между элементами также уменьшается по направлению к передней части массива, где расположены наименьшие элементы. Верхняя частота является функцией длины самого короткого элемента.
Также обычно имеется короткозамкнутый штырь согласующего фидера, прикрепленный к концу фидера, наиболее удаленному от самого короткого элемента, чтобы обеспечить требуемое согласование с фидером антенны и вдоль фидерной линии в антенне.
Логарифмические характеристики антенны
Логпериодическая дипольная решетка, LPDA, как правило, может работать в диапазоне частот около 2:1 и обеспечивать прямое усиление по сравнению с диполем.
Как и антенна Yagi, она демонстрирует усиление в прямом направлении и имеет высокое отношение фронта к тылу, но LPDA может работать в гораздо более широкой полосе пропускания и будет иметь более низкий коэффициент усиления для эквивалентного количества элементов.
В процессе эксплуатации диаграмма направленности конструкции LPDA остается практически неизменной во всем рабочем диапазоне. В дополнение к этим параметрам, таким как сопротивление излучения и отраженная мощность, на что указывает коэффициент стоячей волны.
С точки зрения своих технических характеристик типичная логопериодическая антенна может обеспечивать усиление от 3 до 6 дБ относительно диполя для полосы пропускания 2:1, сохраняя при этом уровень КСВ лучше 1,3:1. С таким уровнем производительности он идеально подходит для многих приложений, хотя логопериодическая антенна будет намного больше, чем Yagi с эквивалентным коэффициентом усиления.
Применение логопериодических антенн
Логопериодическая антенна используется во многих областях, где требуются широкие уровни полосы пропускания наряду с направленностью и усилением. Есть несколько областей, где антенна используется:
- ВЧ-связь: Логопериодические антенные решетки часто используются для дипломатического трафика в КВ-диапазонах. Логопериодические антенны работают хорошо, потому что посольствам и другим подобным пользователям необходимо будет работать с широким набором частот в КВ-диапазонах, и часто возможно иметь только одну антенну. Одна логопериодическая антенна даст доступ к достаточному количеству частот в ВЧ-диапазонах, чтобы можно было осуществлять связь, несмотря на изменения в ионосфере, меняющие оптимальные рабочие частоты.
- Наземное телевидение УВЧ: Логопериодическая антенна иногда используется для приема наземного телевидения УВЧ. Поскольку телевизионные каналы могут располагаться в широкой части спектра УВЧ, логопериодический режим позволяет охватить достаточную полосу пропускания.
- Измерения ЭМС: ЭМС является ключевой проблемой для всех электронных продуктов. Тестирование требует проведения частотного сканирования в широких полосах частот. При тестировании на излучаемые помехи необходима антенна, способная обеспечить ровную характеристику в широком диапазоне частот. Периодический журнал может обеспечить требуемую производительность и широко используется в этой форме приложения.
- Другие приложения: Есть много других приложений, в которых можно использовать логопериодические антенны. Любые приложения, где необходимы направленность и широкая полоса пропускания, являются идеальными приложениями для этой формы конструкции радиочастотной антенны.
Ввиду своего размера и меньшего коэффициента усиления, чем у Yagi, массив логопериодических диполей, как правило, не используется так широко, как Yagi. Тем не менее, LPDA вступает в свои права, когда требуется широкая полоса пропускания.